Tác hại của sự không thống nhất của pin lithium-ion và cách đối phó với nó

Tác hại của sự không thống nhất của pin lithium-ion và cách đối phó với nó

Pin lithium-ion điện đã liên tục chiếm vị trí dẫn đầu trong việc cung cấp năng lượng cho xe điện.Tuổi thọ cao, mật độ năng lượng cao và tiềm năng lớn để cải thiện.An toàn có thể được thay đổi và mật độ năng lượng có thể tiếp tục tăng.Trong thời gian dự kiến ​​(huyền thoại là khoảng năm 2020), nó có thể bắt kịp với độ bền và hiệu suất chi phí của xe nhiên liệu và bước vào giai đoạn trưởng thành đầu tiên của xe điện.Tuy nhiên, pin lithium ion cũng có những rắc rối của pin lithium ion.

1. Tại sao hầu hết các pin lithium-ion nhỏ

Pin lithium-ion, pin hình trụ, pin gói mềm và pin vuông mà chúng ta đã thấy nhìn chung rất đẹp và đẹp, và không có thứ gọi là pin axit-chì truyền thống.Tại sao?

Với mật độ năng lượng cao, pin lithium-ion thường ngại thiết kế dung lượng lớn.Mật độ năng lượng của pin chì-axit là khoảng 40Wh / kg, trong khi pin lithium-ion đã vượt quá 150Wh / kg.Với sự gia tăng nồng độ năng lượng, các yêu cầu về an toàn đang tăng lên.

Trước hết, rất nguy hiểm đối với pin lithium-ion chỉ có thể sử dụng lượng pin lithium-ion quá cao trong một vụ tai nạn, gây ra sự thoát nhiệt và phản ứng mạnh bên trong pin.Trong một thời gian ngắn, quá nhiều năng lượng không được giải phóng, điều này rất nguy hiểm.Đặc biệt là khi sự phát triển của công nghệ an toàn và khả năng quản lý và kiểm soát là không đủ, nên hạn chế dung lượng của mỗi pin.

Thứ hai, một khi tai nạn xảy ra, năng lượng được bọc trong vỏ pin lithium-ion sẽ không thể tiếp cận và bất lực bởi các nhân viên cứu hỏa và các chất chữa cháy.Họ chỉ có thể cách ly hiện trường trong trường hợp xảy ra tai nạn và cho phép pin tai nạn tự phản ứng cho đến khi cạn kiệt năng lượng.

Tất nhiên, vì lý do an toàn, pin lithium-ion hiện tại đã được thiết kế với nhiều biện pháp an toàn.Lấy pin hình trụ làm ví dụ.

Van an toàn, khi phản ứng bên trong của pin vượt quá phạm vi bình thường, nhiệt độ tăng và khí phản ứng phụ được tạo ra, áp suất đạt đến giá trị thiết kế, van an toàn sẽ tự động mở ra để giải phóng áp suất.Khoảnh khắc van an toàn mở ra, pin bị hỏng hoàn toàn.

Nhiệt điện trở, và một số tế bào được trang bị nhiệt điện trở.Khi quá dòng xảy ra, sau khi điện trở đạt đến nhiệt độ nhất định, giá trị điện trở tăng mạnh và dòng điện trong vòng giảm xuống, ngăn chặn sự tăng nhiệt độ hơn nữa.

Cầu chì, pin được trang bị cầu chì có chức năng cầu chì quá dòng, một khi nguy cơ quá dòng xảy ra, mạch bị ngắt để tránh xảy ra tai nạn xấu.

2. Vấn đề thống nhất pin Li-ion

Pin lithium-ion không thể được tạo thành một pin lớn, vì vậy nhiều pin nhỏ phải được tổ chức.Mọi người có thể làm việc chăm chỉ và hợp tác với nhau, và họ cũng có thể bay bằng ô tô điện.Lúc này, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề, tính nhất quán.

Tại sao phải nhất quán

Kinh nghiệm liên quan hàng ngày của chúng tôi là nếu hai cực dương và cực âm của hai pin khô được kết nối, đèn pin có thể phát ra ánh sáng.Ai quan tâm đến những điều tương tự và không nhất quán.Ứng dụng quy mô lớn của pin lithium-ion không đơn giản như vậy.

Sự không nhất quán của các thông số pin lithium-ion chủ yếu đề cập đến sự không nhất quán về công suất, điện trở trong và điện áp mạch mở.Nếu pin không phù hợp được sử dụng cùng một lúc, các vấn đề sau sẽ xảy ra.

1) Mất năng lực.Các tế bào đơn tạo thành một gói pin.Công suất phù hợp với "nguyên tắc thùng".Dung lượng của tế bào xấu nhất quyết định dung lượng của toàn bộ pin.

Để ngăn không cho pin sạc quá mức và quá mức, logic của hệ thống quản lý pin được thiết lập như sau: khi xả, khi điện áp di động thấp nhất đạt đến điện áp cắt, toàn bộ pin ngừng xả;khi sạc, khi điện áp di động cao nhất đạt đến điện áp cắt điện tích Để dừng sạc.

Lấy hai pin trong loạt làm ví dụ.Một pin có dung lượng C và pin còn lại chỉ có 0,9C.Trong một kết nối loạt, hai pin vượt qua cùng một dòng.

Khi sạc, pin trước có dung lượng nhỏ phải được sạc đầy trước và đạt đến điều kiện ngắt sạc và hệ thống sẽ không tiếp tục sạc.Khi xả, pin có dung lượng nhỏ phải phát ra tất cả năng lượng có sẵn trước tiên và hệ thống ngay lập tức ngừng xả.

Bằng cách này, pin có dung lượng nhỏ luôn được xả hết, trong khi pin có dung lượng lớn luôn sử dụng một phần dung lượng.Một phần dung lượng của toàn bộ pin luôn ở mức nhàn rỗi

2) Mất tuổi thọ, tương tự, tuổi thọ của bộ pin được xác định bởi tế bào có tuổi thọ ngắn nhất.Rất có khả năng tế bào có tuổi thọ ngắn nhất là tế bào có công suất nhỏ.Pin dung lượng nhỏ được sạc đầy và xả mỗi lần, và đầu ra quá mạnh, có khả năng đạt đến trọng tâm của cuộc sống trước tiên.Tuổi thọ của pin đã kết thúc và một nhóm các pin được hàn lại với nhau sẽ chết.

3) Điện trở trong tăng, cùng dòng chảy qua các điện trở trong khác nhau và các tế bào có điện trở trong lớn tạo ra nhiều nhiệt hơn.Nhiệt độ pin quá cao, khiến tốc độ giảm tốc tăng tốc, và điện trở bên trong sẽ tăng thêm.Điện trở trong và nhiệt độ tăng tạo thành một cặp phản hồi tiêu cực, làm tăng tốc độ suy giảm của các tế bào kháng nội bộ cao.

Ba tham số trên không hoàn toàn độc lập.Điện trở bên trong của pin với mức độ lão hóa sâu là lớn hơn, và suy giảm dung lượng cũng nhiều hơn.Giải thích riêng biệt, chỉ để thể hiện rõ ràng hướng ảnh hưởng tương ứng của họ.

3. Làm thế nào để đối phó với sự không nhất quán

Sự không nhất quán của hiệu suất lõi pin được hình thành trong quá trình sản xuất và đào sâu trong quá trình sử dụng.Các tế bào pin trong cùng một bộ pin luôn yếu cho người yếu và trở nên yếu hơn với tốc độ nhanh.Mức độ phân tán của các tham số giữa các ô đơn tăng khi mức độ lão hóa ngày càng sâu.

Hiện tại, các kỹ sư nên xem xét ba khía cạnh để đối phó với sự không nhất quán của các tế bào đơn lẻ.Phân loại pin đơn, quản lý nhiệt sau khi nhóm, hệ thống quản lý pin cung cấp chức năng cân bằng khi xảy ra một số lượng nhỏ sự không nhất quán.

1) Sắp xếp

Về lý thuyết, các lô pin khác nhau không nên được sử dụng cùng nhau.Ngay cả các pin cùng loại phải được sàng lọc và các pin có thông số tương đối tập trung được đặt trong một bộ pin và trong cùng một bộ pin.

Mục đích của việc sắp xếp là chọn các ô có tham số tương tự.Phương pháp sắp xếp đã được nghiên cứu trong nhiều năm và chủ yếu được chia thành hai loại: phân loại tĩnh và phân loại động.

Sắp xếp tĩnh là sàng lọc điện áp mạch mở, điện trở trong, công suất và các tham số đặc trưng khác của các ô, chọn tham số đích, giới thiệu thuật toán thống kê, đặt tiêu chí sàng lọc và cuối cùng chia một lô ô thành nhiều nhóm.

Sàng lọc động dựa trên các đặc tính của pin trong quá trình sạc và xả.Một số chọn quy trình sạc điện áp không đổi và dòng điện không đổi, một số chọn quá trình phóng điện và xả xung, và một số so sánh đường cong sạc và xả của chính họ.mối quan hệ.

Kết hợp phân loại động và tĩnh, sàng lọc tĩnh được sử dụng để phân nhóm sơ bộ và sàng lọc động được thực hiện trên cơ sở này, để có thể phân chia nhiều nhóm hơn và độ chính xác sàng lọc cao hơn, nhưng chi phí sẽ tăng theo.

Dưới đây là một sự phản ánh nhỏ về tầm quan trọng của quy mô sản xuất của pin lithium-ion năng lượng.Các lô hàng quy mô lớn cho phép các nhà sản xuất thực hiện phân loại tốt hơn và có được bộ pin với hiệu suất gần hơn.Nếu đầu ra quá nhỏ và có quá nhiều nhóm, một lô không thể được trang bị bộ pin và phương pháp tốt nhất sẽ không được sử dụng.

2) Quản lý nhiệt

Đối với pin có điện trở bên trong không nhất quán, vấn đề nhiệt khác nhau xuất hiện.Việc bổ sung hệ thống quản lý nhiệt có thể điều chỉnh chênh lệch nhiệt độ của toàn bộ pin để giữ cho nó trong một phạm vi nhỏ.Các tế bào tạo ra nhiều nhiệt hơn vẫn sẽ có sự gia tăng nhiệt độ cao, nhưng sẽ không được tách ra khỏi các tế bào khác và sẽ không có sự khác biệt đáng kể về mức độ suy thoái.

3) Cân bằng

Sự không nhất quán của các tế bào pin, điện áp đầu cuối của một số tế bào pin luôn đi trước các pin khác, đạt đến ngưỡng kiểm soát trước, dẫn đến việc giảm toàn bộ dung lượng hệ thống.Để giải quyết vấn đề này, hệ thống quản lý pin BMS đã thiết kế một chức năng cân bằng.

Một tế bào nhất định trước tiên đạt đến điện áp cắt sạc, trong khi điện áp của các tế bào khác rõ ràng bị tụt lại phía sau.BMS kích hoạt chức năng cân bằng điện tích hoặc kết nối một điện trở để xả một phần năng lượng của tế bào điện áp cao hoặc truyền năng lượng đi và đặt nó xuống mức thấp.Theo cách này, điều kiện cắt sạc được nâng lên, quá trình sạc khởi động lại và bộ pin được sạc với nhiều năng lượng hơn.

Cho đến nay, sự không nhất quán của pin vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành.Cho dù mật độ năng lượng của pin cao đến mức nào, dung lượng pin sẽ giảm đi rất nhiều nếu gặp phải sự không nhất quán.